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    常應(yīng)用的幾種激光加工技術(shù)

 

    激光切割技術(shù)

 

    激光技術(shù)使用光斑直接聚焦在金屬材料上，并熔化金屬材料，同時使用激光束氣體把融化掉的金屬材料吹走，保證激光束可以沿著設(shè)定好的軌跡切割，形成整齊的縫隙。激光切割技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的激光技術(shù)，激光切割材料包括以下幾類：一是有機(jī)玻璃，二是木板，三是塑料，四是不銹鋼，五是碳鋼，六是合金鋼，七是鋁板。在應(yīng)用激光技術(shù)的過程中并不需要使用刀具，激光技術(shù)完全在計算機(jī)的操控下，可以實(shí)現(xiàn)任意形狀的切割。激光切割機(jī)實(shí)際上就是應(yīng)用高功率密度來實(shí)現(xiàn)切割任務(wù)。在計算機(jī)的操控下，激光切割機(jī)通過脈沖放電，并輸出激光，產(chǎn)生一定的頻率和光束，光束又通過傳到聚焦在被切割的金屬材料上，進(jìn)而形成多個光斑。相比于傳統(tǒng)的切割技術(shù)，激光切割技術(shù)具有以下特點(diǎn)：一是切割質(zhì)量高，二是切割速度快，三是柔性高，四是適應(yīng)性強(qiáng)。激光切割技術(shù)的精準(zhǔn)度非常高，精準(zhǔn)度控制在0.05mm，速度可以達(dá)到每秒切割10米，而且不會受到金屬材料硬度的影響。

 

    激光打孔技術(shù)

 

    激光打孔技術(shù)是最早大規(guī)模運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中的激光加工技術(shù)。和電子束打孔、超聲波打孔、電化學(xué)打孔、射流打孔、電火花打孔、機(jī)械打孔等方法相比，激光打孔技術(shù)明顯表現(xiàn)出了通用性強(qiáng)、效率高、成本低、效果好的優(yōu)良特性，孔的平均精度為±0.02mm，表面粗糙度Ra約為1.6μm，若是采用數(shù)控激光打孔，孔的精度能夠達(dá)到5μm，精確度極好。

 

    在鈑金工藝中，激光打孔所采用的激光是功率密度為104至105KW/cm2的脈沖激光，作用時間只有0.01至1μs，能夠加工出直徑為1μm的小孔。激光打孔技術(shù)不僅能夠精準(zhǔn)地打出與表面成各種不同角度的孔，而且對薄壁材料、復(fù)合材料、脆性材料、粘性材料等各種不同性質(zhì)材料的工件都能夠打深小孔和微小孔。

 

    在用激光技術(shù)對鈑金工件打孔時，孔直徑的大小主要取決于激光聚焦光斑的大小，通?？梢酝ㄟ^激光的功率密度和鈑金工件的熱系數(shù)計算得到固體激光打孔的最大孔深。不是所有的工件都適合采用激光打孔。

 

    對于那些激光反射能力強(qiáng)、導(dǎo)熱性能好、熔點(diǎn)高蒸汽壓力低的工件，采用激光打孔效率很低；激光打孔的孔徑一般都在1μm至1.524mm之間，當(dāng)孔徑大于1.524mm時，應(yīng)該采用激光套料法打孔；在加工大孔和臺階孔時，不能采用激光打孔。

 

    激光焊接技術(shù)

 

    激光焊接技術(shù)近年來迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車工業(yè)中，可以焊接各種金屬、合金、復(fù)合材料和陶瓷材料。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接機(jī)可使單位長度的焊縫在瞬間迅速獲得更大密度的能量，焊接速度更快，焊縫受到熱量和形變的影響更小，焊接頭的物理力學(xué)性能不會因焊接而變差。

 

    當(dāng)功率密度為100至1000KW/cm2的激光作用在鈑金上，進(jìn)行激光焊接的過程為：金屬熔化→產(chǎn)生液態(tài)熔池→形成空洞→金屬汽化→蒸汽壓力擴(kuò)張→形成焊縫。激光焊接機(jī)的焊縫深度及形狀受鈑金的熱力學(xué)性能影響。一般情況下，激光焊接機(jī)的激光束與液態(tài)熔池外表面張角在70°左右時能量密度最大，焊縫深度也最大，此時連續(xù)激光焊接速度V與焊接深度H形成正比例關(guān)系。當(dāng)激光焊接的輸出功率在0.1至5KW之間時，激光焊接機(jī)的焊機(jī)速度V與輸出功率P呈線性關(guān)系。

 

    激光成形技術(shù)

 

    激光成形技術(shù)作為一種無模具成形的新技術(shù)近年來已有所發(fā)展。傳統(tǒng)的鈑金工藝成形方法有沖裁、彎曲和擠壓等，但這些方法對模具的依賴性很強(qiáng)，而激光成形技術(shù)讓鈑金工藝實(shí)現(xiàn)了無模具生產(chǎn)的可能，目前常用的激光成形技術(shù)有激光沖擊成形技術(shù)和激光彎曲成形技術(shù)。

 

    激光沖擊成形技術(shù)是指利用激光對鈑金工件的覆蓋層進(jìn)行照射，通過覆蓋層受熱蒸發(fā)產(chǎn)生沖擊波而達(dá)到使工件發(fā)生塑性形變目的的技術(shù)。在對工件進(jìn)行激光沖擊成形操作之前，需要做以下準(zhǔn)備工作：首先，在工件表面涂一層不透明的材料，如黑漆，形成覆蓋層；然后，在覆蓋層上方覆蓋一層透明物質(zhì)，比如水，形成透明層。然后使用激光照射，激光透過透明層照射在覆蓋層上，覆蓋層吸收了激光的能量，一部分覆蓋層材料受熱蒸發(fā)后，仍然吸收著激光的能量，激光的能量轉(zhuǎn)化為蒸汽的內(nèi)能，蒸汽立即變成了高壓氣體。由于透明層的限制，高壓氣體形成沖擊應(yīng)力波，一部分作用在工件上，使工件發(fā)生形變，另一部分穿透透明層作用在工件表面，使得表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，使工件表面得到強(qiáng)化。雖然在這個過程中會有大量的熱量產(chǎn)生，但是一般工件表面溫度只有150攝氏度左右，而且持續(xù)的時間也只有零點(diǎn)幾秒，材料的微觀結(jié)構(gòu)沒有改變，激光沖擊成形技術(shù)是一種冷加工工藝技術(shù)，適合用于自動化生產(chǎn)中。

 

    激光彎曲成形技術(shù)是指鈑金工件的局部表面在激光光束的照射下受熱，再使用冷卻水等冷卻介質(zhì)將工件迅速冷卻，使局部產(chǎn)生溫度應(yīng)力而產(chǎn)生形變的技術(shù)[3]。激光彎曲成形所需要的時間長短取決于工件的材料特性和工藝參數(shù)，零件的形變方式和形變程度是由計算機(jī)程序來控制的，故激光彎曲成形工藝中，要注意及時維護(hù)計算機(jī)數(shù)據(jù)庫和物理影響因素庫，確保信息的準(zhǔn)確性和完整性。

 

    激光標(biāo)記技術(shù)

 

    由于激光標(biāo)記技術(shù)具有高效、節(jié)能、環(huán)保、無接觸、無磨損、靈活性高、標(biāo)記永久的特點(diǎn)，激光標(biāo)記技術(shù)已廣泛應(yīng)用于材料加工、制造、測繪、科研等眾多領(lǐng)域。在鈑金工藝中，若是要用激光打標(biāo)機(jī)刻蝕出理想的標(biāo)記或符號，只需要在控制系統(tǒng)中設(shè)置好程序和參數(shù)即可達(dá)到目的，產(chǎn)品完全由設(shè)計思路來控制，可做到成本可控，產(chǎn)品可控，經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且全過程無污染，也符合綠色環(huán)保的要求。

 

    總之，加強(qiáng)激光技術(shù)在金屬加工中的應(yīng)用是一項(xiàng)非常系統(tǒng)的工程。為了鞏固項(xiàng)目的基礎(chǔ)，提高項(xiàng)目的有效性，必須注意以下幾點(diǎn)：首先，要清楚地了解激光技術(shù)在鈑金加工中的必要性和重要性；其次，需要綜合分析激光技術(shù)在鈑金加工技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。最后，有必要科學(xué)地了解在鈑金加工技術(shù)中增強(qiáng)激光技術(shù)的應(yīng)用途徑。只有這樣，我們才能最大限度地發(fā)揮激光技術(shù)的有效性，真正實(shí)現(xiàn)鈑金加工的又好又快發(fā)展。